Industrie 4.0

Raspberry Pi für die Industrie und Automotive-Anwendungen

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Die Anwendungen sind durch das oben beschriebene „Virtual Industrial Computing“-Konzept gegeneinander abgesichert. Da jede Anwendung in einem eigenen Container (Sandbox) läuft, gibt es keine ungewollten Manipulationen oder Wechselwirkungen zwischen den Containern.

Anwendungsbereiche und Anwendungsbeispiele des MICA-Systems

Die hohe Modularität in Verbindung mit der variablen Konnektivität erlaubt den Einsatz in zahlreichen industriellen Systemen. Einige Beispiele sind:

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  • Cloud Gateway,
  • Dokumentation von Prozessdaten,
  • KI-Box (neuronales Netz, Fuzzy Logic),
  • Predictive Analytics,
  • Produktionssteuerung,
  • RFID Reader,
  • SAP bis zur Maschine,
  • SPS-Orchestrierung und
  • Vorausschauende Wartung.

Zur Gewinnung neuer Erkenntnisse aus den Sensordaten, der Prozessdynamik und Analyse der Lebenslaufdaten dienen Anwendungen wie KNIME oder offene Datenbankanwendungen.

Anwendungen in der Industrie sind um Größenordnungen vielfältiger als im Büro oder Zuhause. Praktisch jedes Projekt ist ganz oder teilweise ein Unikat.

Daher ist das MICA-System so extrem flexibel und modular. Insbesondere die Software-Modularität in Form von autonomen Containern bietet hier den größten Vorteil. Fertige Apps können von der Harting-Internetseite heruntergeladen werden.

MICA konkurriert nicht mit der SPS

Die MICA ersetzt keine SPS, sondern kooperiert mit dieser. Damit können zusätzliche Informationen aus den Betriebsdaten extrahiert werden. Diese werden dann wieder an die SPS zurückgeführt, um die Steuerungsfunktionen zu verbessern. So kann eine Maschine beispielsweise jahrelang eine eingestellte Temperatur einhalten.

Es wäre eine Verschwendung von Bandbreite und Speicherplatz diese Information in kurzen Abständen an ein übergeordnetes System oder in die Cloud zu senden. Die MICA kann diese überflüssigen Daten direkt vor Ort ausfiltern. Jede Abweichung vom Normalfall wird von der MICA erkannt, die passende Reaktion veranlasst und an das übergeordnete System weitergeleitet.

MICA kann selbst jahrzehntealte Maschinen oder Sensoren mit dem Internet verbinden. Klein und robust lässt sich der Minicomputer an jede Hutschiene oder Maschine anklemmen. Damit kann theoretisch jedes Gerät im Werk einen Internetzugang erhalten und sich vernetzen.

Anwendungsbeispiele des MICA-Systems

Als Anwendungsbeispiele seien an dieser Stelle Verpackungsstationen, vorbeugende Wartung, Datenanalyse sowie das Nachrüsten von Bestandsmaschinen genannt.

Verpackungsstation: Kundenbestellungen werden in Kartons verpackt und versandfertig gemacht. In einem herkömmlichen System muss der Mitarbeitende eine Waage, die SPS der Verpackungsmaschine, das ERP und einen Etikettendrucker bedienen sowie Arbeitsanweisungen manuell nachschlagen. In einem MICA-System sind alle diese Geräte und Prozesse integriert.

Die Aktivitäten werden automatisch ausgeführt. So werden die Daten der Waage über OPC UA an SAP MII weitergegeben, die Arbeitsanweisung über JSON aus dem ERP geladen, in STEP 7 übersetzt und in die SPS geladen. Der Mitarbeiter wird entlastet, Fehlerquellen minimiert und der Verpackungsprozess deutlich beschleunigt. In weiteren Schritten können weitere KPIs erfasst und Prozesse optimiert werden.

Vorbeugende Wartung: Das rechtzeitige Erkennen von Wartungsbedarf ist einer der effektivsten Wege, Standzeiten von Produktionsanlagen zu minimieren und Wartungskosten zu reduzieren. Da viele Maschinen eine Lebensdauer von 30 Jahren und mehr haben, hat ein großer Teil des existierenden Maschinenparks keine zeitgemäße Ausstattung zum Erfassen, Speichern und Kommunizieren relevanter Daten.

In einer Anwendung für Spritzgussanlagen wurden die Werkzeuge mit RFID gekennzeichnet, der Strom während der Schüsse durch einen induktiven Stromsensor gemessen und die Ergebnisse in der MICA zusammengeführt, gespeichert und weiterverarbeitet. Im ersten Schritt wird eine Warnung ausgelöst wenn sich der Stromverbrauch ändert, was auf Probleme hindeutet. Schon hierdurch werden die Austauschintervalle verlängert und Kosten gespart.

Nach einigen Monaten wird ein neuronales Netzwerk mit den erfassten Daten trainiert und auf der MICA installiert, das bessere Vorhersagen über die Lebensdauer erlaubt. In einem weiteren Schritt kann MICA an das ERP angebunden werden, um die Bestellung und Vorhaltung der Ersatzteile zu optimieren.

Datenanalyse: Sind alle Elemente einer Anlage identifiziert (z.B. mit RFID), dann können diese über die ganze Lebensdauer analysiert werden. In der Fertigung kann die Zahl und Art der Zwischenprüfungen optimiert werden, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden. Bei einem deutschen Hersteller wurde beispielsweise die Prüfzeit, bei gleicher Endqualität, um 18% reduziert. Bei großen Stückzahlen ist diese Einsparung besonders relevant.

Je nach Land gibt es unterschiedliche Anforderungen an die jährliche Inventur. Sind alle Maschinen und Geräte mit RFID ausgerüstet, kann die Inventarzählung von Tagen oder Wochen auf Stunden verkürzt werden. Dazu fährt ein mit RFID-Leser ausgestatteter Rollwagen durch die Lagerhallen und inventarisiert automatisch den Bestand in Form von computergerechten Daten.

Einsparungen an Arbeitszeit bis über 90% wurden schon von einem deutschen Unternehmen gemeldet. Das geht inzwischen auch ohne genseitige Beeinflussung durch Geräte die nahe beieinander auf Paletten gestapelt sind. Im Fraunhofer-Institut in Nürnberg kann dies jederzeit demonstriert werden.

Nachrüsten von Bestandsmaschinen: Industrieanlagen sind oft einige Jahrzehnte im Einsatz. Über die MICA können bestehende Maschinen oder Anlagen an das Firmennetz oder über das Internet an die Cloud angebunden und mit zeitgemäßen Funktionen modernisiert werden. Dazu müssen alle Elemente eine eigene Identifikation erhalten, beispielsweise über eine MICA mit RFID-Leser.

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